基于六向压应力传感器流变应力恢复法的地应力测量

流变应力恢复法是针对深部具有流变性的软弱围岩而提出的一种地应力测量方法,该方法采用在巷道围岩中钻孔埋设压应力传感器的方式来实现围岩原岩应力和扰动应力的测量。本文基于最新研发的光纤光栅式六向压应力传感器以及本安型光纤光栅解调仪,开展了传感器的室内标定试验。依托平煤股份八矿深部软岩巷道,开展了流变应力恢复法现场地应力测量,并与传统套芯应力解除法地应力测试结果进行对比分析,验证了基于六向压应力传感器流变应力恢复法地应力测试的准确性和可靠性。     

泥质类膨胀软岩巷道注浆强化防水控制研究

为研究软岩巷道的防水控制技术及理论,设计了泥质类膨胀软岩在初压、加载体积不变和初压注浆强化三种不同状态下的孔隙比与渗透系数关系实验装置,对膨胀性软岩在三种状态的渗水过程进行了试验研究,得出了三种不同类型的孔隙比与渗透系数关系试验结论;根据巷道突水机理和岩土有效应力作用原理,分析研究了注浆过程中有效应力增加和孔隙水压力减少的防水控制机理,为软岩巷道注浆强化防水提供了实验参数和理论根据.工业性试验和实测结果表明,膨胀性软岩巷道注浆和围岩强化控制技术防水效果显著,施工方便,具有广阔的推广应用前景.     

地应力测量非弹性应变恢复法在某金属矿的应用

为获得某金属矿深部岩体地应力分布特征,采用非弹性应变恢复法,选取该矿同一勘探线附近距地表埋深615 m、665 m、715 m三个水平进行现场地应力测量。通过分析3个水平各测点地应力测量结果,得到该矿区地应力分布规律。该矿区最大主应力和最小主应力均为近水平主应力,中间主应力为近垂向的应力;3个水平的最大水平主应力方向基本一致,方位角为101°～130°。主应力的大小随深度呈线性增长。近水平应力大于近垂向应力,表明该矿浅部地壳应力占主导地位的是水平构造应力。两个相邻样品的非弹性应变恢复法地应力测量值平均差系数最大为8.33%,表明其结果具有较好的一致性,验证了非弹性应变恢复法的可靠性。     

三维地应力测试系统及其在深部软岩中的应用研究

深部围岩大多软弱破碎,传统地应力测试方法难以成功实施。为满足深部软岩工程需要,采用基于流变应力恢复理论的三维测试系统进行地应力测试。该系统根据深部软岩在高应力下的强流变特点,辅以配套研发的孔内推送设备和数据采集装置,采用埋设压力传感装置的方法来测得岩体的应力状态。依托平煤五矿开展测试系统的试点应用,与空心包体应变计测试结果进行对比,并在十一矿实施了分布式工程应用。结果表明系统测得应力相较对比测值基本一致,且符合孔周岩体流变应力恢复规律,所选测试区域自重应力场均占有主导地位。因此可以说明测试结果准确有效,系统具备一定的长期稳定监测围岩应力场的能力。     

在软岩中测量地应力传感器与围岩的相互作用

讨论了传感器引起的钻孔变形随时间的变化,最后推出了由测值反算地应力的公式,此方法称为流变法应力测量.通过实测数据,利用非线性最小二乘法求得原岩应力,流变法应力测量与孔壁应变法应力测量在应力大小和应力方向基本保持一致.     

蓝家岩隧道初始地应力测量及应用

为指导蓝家岩隧道变形预测、合理选择支护参数、安全施工,本文简要介绍了应力解除法测量地应力的基本原理及试验步骤,采用空心包体套孔应力解除法对不同埋深隧道现场地应力实测,通过对钻孔应力解除测试结果分析,得出该隧道部分区间的地应力分布规律:蓝家岩隧道为高地应力隧道,最大主应力方向与隧道轴向垂直,不利于隧道稳定。最大水平主应力方向与岩层走向基本一致,最小水平主应力方向与岩层倾向基本一致。采用Hoek公式预测变形,优化软弱围岩大变形的控制措施,选择合理的支护参数,确保安全施工。     

低地应力区地下洞室开挖后围岩应力数值模拟

以西北地区某水利工程地下洞室工程为例,采用弹塑性二维有限元法对低地应力区地下洞室围岩开挖后围岩应力进行了数值模拟研究,模拟出了低地应力区地下洞室围岩开挖后围岩应力值及其分布规律.结果表明,低地应力区地下洞室开挖后洞室围岩形成应力集中现象,侧壁位置处产生的压应力值大于洞顶位置压应力值,且洞顶产生拉应力.该研究成果将有助于进一步研究低地应力区地下洞室围岩变形破坏机理及其稳定性,对保障地下洞室工程的圆满进行具有重要的理论价值和现实意义.     

黔西南锦丰金矿地应力测试及分布特征研究

黔西南锦丰金矿矿体最大埋深在900 m以上，随着开采深度的增加，应力环境变得极为复杂，巷道围岩失稳问题日益突显。针对黔西南锦丰金矿开发过程中面临的矿体赋存状态复杂、围岩稳定性差等问题，采用套孔应力解除法对锦丰金矿90 m、150 m中段进行现场地应力测试，获得了测点地应力赋存状态。结合研究区域的具体地质背景和相关实测数据资料，利用有限差分软件进一步分析地应力场影响因素。研究结果表明：90 m、150 m中段地应力场处于中高等应力水平，各测点主应力中有2个倾角较小，接近水平应力，1个倾角较大，接近垂直应力，实测σ_z基本等于上覆岩层重量γH;最大主应力方位角处于187～245°,整体呈NE-SW向，通过分析地应力场与区域地质构造的内在联系，总体可以推断，实测地应力场分布方向与构造应力方向基本一致；地形差异、断层构造及埋深等因素对地应力场分布特征产生一定影响。     

旗山煤矿深部地应力测量及地应力场分布规律

随着矿井开采深度的增加,地应力对围岩变形与破坏的影响更加突出,在煤矿矿区进行地应力测量,并分析地应力场分布规律具有重要意义。在旗山煤矿-1000 m和-850 m深度利用应力解除法进行了地应力实测,数据分析表明:旗山矿区深部地应力场以水平应力为主,构造应力占绝对优势,属于典型的构造应力场类型;地应力量级属于超高地应力;最大主应力方向为NW-SE向121°~140°,平均为130°。最后结合构造运动进一步探讨了矿区深部地应力场与地质构造的关系。     

金口岭矿区地应力测试分析

为了优化金口岭铜矿矿区开采顺序和巷道设计,采用三维套孔应力解除测量计和空心包体应变计,结合现场围压试验,根据弹性理论计算出矿区原岩应力,得到矿区原岩应力大小、方向等参数及其分布规律。结果表明,每个测点最大主应力方向均接近水平方向,与区域构造应力场最大主应力的方向基本一致;最小主应力接近于垂直方向,三个主应力均为压应力,没有出现拉应力,与我国地应力实测得到的普遍规律相同,该方法可以为其他类似工程的地应力测试提供参考依据。     

油田深部地层地应力测定的新方法

介绍了用声发射法测定深部地层地应力的原理，提出了一套利用声发射凯塞尔效应和抹录不尽现象，通过室内循环加载来准确测定井下岩样所受的３个主地应力的新方法，并对岩样的准备、实验参数设置及岩样恢复时间等因素对试验结果的影响进行了分析．用３个油田的现场地应力的实测结果进行了准确性验证，结果表明，精度可达要求     

考虑中间主应力与渗流作用的巷道稳定理论解

为了探究渗流作用下不同中间主应力对圆形巷道围岩的影响,应用弹塑性力学理论,基于Drucker-Prager屈服准则,推导得出围岩塑性区半径与孔隙水压力之间的关系式;再由极值点失稳理论,确定围岩失稳的判别准则。结合实际工程,分析中间主应力系数对临界水压力的影响,结果表明:中间主应力对临界水压力有较大影响,采用D-P准则时中间主应力系数与临界水压力的关系曲线表现为类抛物线形式。当中间主应力系数取0.8时临界水压力达到最大值10.0 MPa;与基于MC准则的计算结果做对比,发现考虑中间主应力时D-P准则的临界水压力计算结果更能反映岩石多轴力学性能,可应用于较为完整的含水岩层支护设计优化。     

圆形巷道掌子面推进围岩应力变化规律研究

洞室围岩中主应力随掌子面推进过程动态发展变化的研究较为少见。假定了三种较为常见的初始应力场分布特征,利用FLAC3D数值模拟软件,研究分析了圆形洞室洞壁围岩应力随掌子面推进过程的变化特征。研究结果表明:围岩二次应力场中主应力变化发展规律与初始地应力场相关。不同组合下主应力表现不同变化特征。掌子面推进过程中主应力主要于一倍洞径范围内动态变化,这一范围亦为洞室临时支护及其他工程措施的关键部位。洞轴与最大初始主应力平行情况最有利于洞室稳定。研究结果可为地下工程支护设计及支护等措施施加时机选择提供一定的参考。     

地下圆形隧道开挖卸荷围岩弹塑性分析

针对地下圆形隧道,在分析开挖卸荷的基础上,分别给出了弹性和弹塑性围岩二次应力的计算表达式.在弹性不同侧压力条件下,分析了围压切向应力分布规律,当λ0.33时,圆形隧洞围岩将不出现拉应力.当围岩处于弹塑性状态时,考虑围岩稳定的前提下,扩大塑性区半径R,就可降低维持极限平衡状态所需的支护抗力pi,充分发挥了围岩的自承作用.     

基于松动圈理论深埋黄土隧道围岩压力计算方法

围岩压力的确定一直是隧道工程结构设计中的重点,而黄土隧道的工程特性与其他岩质隧道有着明显的区别,尤其是深埋黄土隧道的围岩压力计算。通过对深埋黄土隧道开挖后的围岩应力状态进行分析,明确了松动圈的定义,推导了松动圈的表达式,提出了基于松动圈理论的深埋黄土隧道围岩压力计算方法,并基于现场试验实测数据与既有计算方法进行了对比分析,以验证该方法的适用性。研究结果表明：松动圈为塑性区的内圈,是塑性区内切向应力小于初始地应力的部分;黄土隧道的松动圈较普通巷道和岩石隧道的松动范围大得多,更易受隧道开挖影响;基于松动圈理论的围岩压力计算方法与其他计算方法相比较,计算结果与实测值接近且存在一定的安全储备,使用该方法对深埋黄土隧道围岩压力进行计算是可行的,基于松动圈理论的围岩压力计算方法更适用于深埋黄土隧道这种有一定自稳能力的软弱土质围岩隧道。     

动态原位监测技术在顺层岩体隧道的应用—以六汉隧道为工程实例

为明确六汉隧道浅埋顺层岩体开挖后围岩应力变化规律及特征。基于FLAC_^3D数值模拟分析顺层围岩隧道变形特性,对岩层节理面处偏压应力及二衬结构变形特征进行了施工期动态原位监测。结果表明：浅埋顺层岩体地形隧道开挖致使岩层节理面两侧局部应力不均衡,出现较大偏压应力和剪切应力;基于近9个月的监测点数据显示开挖20~30 m与80~90 m后,隧道初支与围岩接触应力变化明显,前者应力变化速率达到峰值,而后者开始趋于稳定;二衬混凝土结构应变随时间变化的响应规律表明初支结构承受围岩变形大部分有效荷载,二衬分担围岩变形传递的局部不均衡应力。其现场监测结果为今后该类型隧道设计与支护荷载的计算奠定了理论基础。